一種可分級利用水處理器設計

尹若軍 張孟凡 杜 旭 趙驍揚

(河南科技大學機電工程學院，河南 洛陽 471003)

1 凈水方案設計

本設計采用凈化反沖洗系統實現水資源的分級利用，將市政用水通過不同級別的過濾，分別用到生活的方方面面，從而實現水資源的高效利用以及濾芯的合理使用。該水處理器的整體模型圖如圖1所示。

該分質凈水系統采用離子交換技術，通過樹脂功能基團中的Na+置換水中的Ca2+、Mg2+等，防止后續用水過程中，在熱水器、電水壺等加熱時產生水垢(CaCO3、MgCO3等)。并根據分質凈水系統流量計設定的流量，樹脂罐達到設定流量時自動完成閥門的開與關，從而實現軟化、反洗、再生、補水、正洗等工藝過程，該過程全自動智能化運行。該水處理器水路原理圖如圖2所示。

軟化：市政供水以一定壓力、流速流經本設備后，水中Ca2+、Mg2+等被附著在樹脂上，使樹脂罐中鈣鎂離子含量提高，此時需進行加鹽置換，加鹽程序會自動按加鹽比例(鹽水比1∶4)進行噴淋，在一定時間內完成置換工作，恢復樹脂功能。

圖1 整體模型圖

圖2 水路原理圖

反洗：離子交換樹脂飽和軟化失效后，再生之前需進行反洗，其目的是沖洗去除樹脂表層截留、結聚的懸浮雜質和一些破碎樹脂，同時利用反向水流使被壓緊的樹脂層松動，利用樹脂顆粒與再生液進行充分接觸，為離子交換樹脂再生提供良好條件。

再生：一定濃度的鹽溶液與水混合流經整個樹脂層時，附著在樹脂層的Ca2+、Mg2+等被再生鹽溶液中的鈉離子置換，樹脂再生將失效，使其恢復原有的軟化能力。

補水：向鹽箱中補充溶解鹽塊，生成飽和鹽溶液供下一次再生使用。

正洗：清除樹脂層中殘留的再生廢液及置換下來的Ca2+、Mg2+等，正向水流清洗樹脂層，以達到最佳軟化效果。

2 凈化制取

2.1 制取洗用水

市政供水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、洗用用水出口形成的管路不斷流出。其中，供水主管路上設置的第一PP棉過濾器能有效去除水質中的泥沙、鐵銹、化學污染物質，以避免傷害后續各管路、過濾器、電氣設備等。

2.2 制取飲用水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計、樹脂罐、第二單向閥、第二PP棉過濾器、超濾膜過濾器、電子閥開關或與電子閥開關并聯的增壓泵、飲用水出口形成的管路流出。第一流量計用于記錄經過樹脂罐的水流量。第二PP棉過濾器可以避免樹脂罐和多介質罐中的細小雜質進入超濾膜過濾器中，影響其過濾效率與使用壽命。

2.3 制取軟水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計、樹脂罐、第三單向閥、軟水用水出口形成的管路不斷流出。其中的樹脂罐能夠吸附市政水中的大量鈣鎂離子，使其中的鈣鹽和鎂鹽含量降到1.0～50mg/L達到軟化的程度，用于清洗日常衣物和洗浴。

2.4 制取純凈水

市政水依次通過供水主管路、第一PP棉過濾器、壓力傳感器、第三電磁閥、第一流量計、樹脂罐、第二單向閥、第二PP棉過濾器、超濾膜過濾器、活性炭過濾器、電子閥開關或與電子閥開關并聯的增壓泵、RO膜過濾器、第二流量計、凈水出口形成的管路流出。第二流量計用于記錄經過超濾膜過濾器、活性炭過濾器、RO膜過濾器的水流量。RO膜能夠有效地去除市政水中鈣、鎂、細菌、有機物、無機物、金屬離子和放射性物質等，對市政水凈化產生的水，能夠滿足用戶對純凈水的需求。

3 更換維修

3.1 樹脂的更換與維修

當樹脂罐內的水流量達到額定值時，樹脂吸附能力減弱，軟化水不達標時，需要手動更換樹脂。首先，第三電磁閥關閉，停止樹脂罐進水，第四電磁閥打開，第一氣閥開啟，氣壓把樹脂罐內的軟水依次通過第二單向閥、第四電磁閥、排污出口經管路排出，此時樹脂罐內只有樹脂沒有水。隨后打開樹脂罐的上端口進行樹脂的更換或者維修。

3.2 超濾膜過濾器的更換與維修

當經過超濾膜過濾器內的水流量達到額定值時，超濾膜的凈化效果明顯降低，此時就需要更換超濾膜或維修。首先第三電磁閥關閉停止超濾膜過濾器進水，隨后第六電磁閥與第一氣閥打開，利用氣壓將多介質罐內的水順著第六電磁閥、排污出口經管路排至清潔水箱，然后打開超濾膜過濾器上端口進行更換濾料或者進行維修。

3.3 RO膜過濾器的更換與維修

當經過RO膜過濾器內的水流量達到額定值時，RO膜無法有效地對無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質過濾，就需要更換RO膜或維修。首先第三電磁閥關閉，停止RO膜過濾器進水，關閉第四、第五與第六電子閥，同時打開第一氣閥與第三單向閥，利用氣壓將RO膜過濾器的水順著第四單向閥、排污出口經管路排出，此時RO膜過濾器中沒有水。隨后打開RO膜過濾器的上端口進行RO膜的更換或者維修，以便恢復凈水機的正常工作狀態。

3.4 鹽罐的加鹽與維修

當流量計測得鹽罐水流量到達額定值時，鹽罐內的精制鹽則需要補充，這時顯示模塊將發出警報，提醒人們添加。首先第一電磁閥與第三電磁閥關閉、第四電磁閥與第一氣閥打開，氣壓將鹽罐內的鹽水依次通過第一單向閥、樹脂罐、第二單向閥、第四電磁閥、排污出口形成的管路排到下水道，最后打開鹽罐的上端口，添加新的精制鹽即可。

4 結語

本設計打破傳統凈水模式，采用分質凈水技術進行分級用水，創新點科學先進，符合人們高品質生活追求，具有較高的可行性和長遠的市場前景。